CN103168638A

CN103168638A - 一种多孔种植砂及砂种植结构

Info

Publication number: CN103168638A
Application number: CN2012101272432A
Authority: CN
Inventors: 秦升益; 陈梅娟
Original assignee: Beijing Rechsand Science and Technology Group Co Ltd
Current assignee: Beijing Rechsand Science and Technology Group Co Ltd
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2032-04-27
Also published as: CN103168638B

Abstract

本发明属于砂种植领域，具体涉及一种可直接用于种植的保水、保肥的多孔种植砂及包含有所述种植砂的砂种植结构。所述种植砂为由天然沙粒与至少包含有亲水性粘结剂的粘结剂粘结而成的多孔结构的砂球，相邻所述天然沙粒之间形成适宜吸附的孔隙。所述的种植砂利用现有天然沙子经过粘结造孔，使得相邻天然沙粒之间形成适用且有助于外界有益成分负载于砂球表面的孔隙，利用砂球的多孔性能有效保持营养肥料，可以将种植过程中外界施加的营养成分等肥料负载于沙粒之间形成的孔隙内，进而起到防止肥料随水分流失而损失的情况，有助于增大肥料的利用率。

Description

一种多孔种植砂及砂种植结构

技术领域

本发明属于砂种植领域，具体涉及一种可直接用于种植的保水、保肥的多孔种植砂及包含有所述种植砂的砂种植结构。

背景技术

沙漠化现象是一种自然现象，是由于地球干燥带移动所产生的气候变化导致局部地区沙漠化。而且，随着全球气候的日益恶劣及人口快速增长带来的土地被过度开发及耕种、畜牧，导致全球沙漠化进程越来越快，可种植耕地日益减少，农牧生产能力持续下降。尤其对于我国这样一个地少人多的国家而言，日益发展的沙漠化进程导致农用及可种植土壤的减少而带来的负面影响是致命的。

农用及可种植土壤的日益减少，直接导致粮食及农作物产量下降，这主要是由于目前的农粮产品及蔬果种植业中，主要依靠的是土壤的粘附力及凝聚保水、保肥能力，将施加至种植物的水分及肥料保持并发挥效用，而沙漠化后的天然沙粒则因为表面较为光滑以及沙粒彼此之间的粘附能力较差而使得其不具有保水、保肥的能力，而无法用于种植之用。

目前，农学家们对于日益沙漠化的治理，除了一直致力于开发沙漠种植、集中于在沙漠中进行防渗或防风处理、减弱沙土迁移、提升沙漠成活率外，也致力于开发一些可应用于日常农业种植的有保水、保肥功能的种植沙子，以期待一方面可以改善农用土壤日益减少带来的困境，同时也有助于提高日益积聚的沙子的利用效率。

中国专利CN102159667A公开了一种沙子凝聚体，所述沙子凝聚体包括由有机废弃物或副产品粉末以及土壤微生物混合后，并与沙子混合使得土壤微生物接种到沙子上，利用供给的水分使得土壤微生物繁殖，利用其菌丝使有机废弃物或副产品粉末与沙子凝聚。该发明所述的沙子凝聚体在适当对混有土壤微生物的有机废弃物粉末和沙子进行混合的状态下供给水分来进行凝聚时，不仅能够防止随风扬沙的现象，还能够供给养分，从而可以对沙地进行草原化或在沙地栽培各种庄稼和树木。混在沙子中的有机废弃物粉末可以起到基肥的作用而促进植物根系的生长，该专利所述的沙子凝聚体在种植用时也可以外加肥料从而使沙地持续保肥。

但该发明中对于沙子的处理，采用的是一般的简单混合处理，直接将有机废弃物或副产品粉末以及土壤微生物混合并接种至沙子上，在有微生物存在下利用微生物的凝聚作用可以实现沙子之间的粘附力，减少因风沙流动导致的沙土流失，该发明所述的沙子凝聚体更多的是应用于沙漠种植中防止流失所采用的措施，而对于日常种植之用时需要的保水保肥的性能，微生物之间的粘附力则并不适用，而且所述沙子并未经过任何预处理，其光滑的外表面能否适用于微生物接种吸附以及吸附能力如何也有待商榷，因此该沙子凝聚体并不适用于日常种植中以沙子为主要种植体的种植之用，因此，对于大规模的推广沙子种植技术仍有很大的局限性。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中天然沙粒不适用于日常种植技术的问题，进而提供一种有助于保水、保肥、可适用于日常种植之用的多孔种植砂。

为解决上述技术问题，本发明所述的多孔种植砂，为由天然沙粒与至少包含有亲水性粘结剂的粘结剂粘结而成的具有多孔结构的砂球，相邻所述天然沙粒之间形成适宜微生物菌株及有益肥料吸附的孔隙。所述的粘结剂既可以全部是亲水性粘结剂也可以部分是亲水型粘结剂，除亲水性粘结剂外的其他粘结剂优选树脂型粘结剂。

所述天然沙粒为粒径相同或相近似的沙粒。

所述天然沙粒的粒径为40-70目。

相邻所述天然沙粒之间的孔隙为50-300μm。

所述砂球的直径为0.5-2cm。

所述亲水性粘结剂占所述天然沙粒的重量份数的20-30%。

所述亲水性粘结剂占粘结剂总量的30-60%。

所述亲水性粘结剂为亲水性树脂粘结剂。

所述亲水性树脂粘结剂为侧链含有亲水性羧酸盐、磺酸盐、铵盐、羟基或主链含有非离子型亲水链段的环氧树脂、聚氨酯和丙烯酸树脂中的一种或几种。

具体的，所述亲水性粘结剂的选择可以参照中国专利文献CN1966861A中所公开的内容进行选择。

本发明还公开了一种制备所述的多孔种植砂的方法：将天然沙粒筛分后选择合适粒径的天然沙粒与选定的粘结剂进行混合均匀使二者充分接触并形成砂球，相邻砂粒之间形成适宜微生物菌株及有益肥料吸附的孔隙。

本发明还公开了一种砂种植结构，包括种植容器以及铺设于所述种植容器内的所述的多孔种植砂；

所述种植容器由防水透气颗粒与憎水性粘结剂粘结而成，相邻所述防水透气颗粒之间形成气体分子可以透过但液态水分子不能透过的孔隙。所述孔隙的孔径为0.001-0.3 mm，优选0.01-0.2 mm。

所述种植容器的结构及制备方法与材料选择同中国专利CN202043482U中所公开的盆栽容器的结构、方法以及材料。

所述防水透气颗粒包括骨料颗粒和包覆在所述骨料颗粒上的的疏水性物质。

所述疏水性物质为骨料颗粒的1-8wt%。

所述骨料为石英砂、矿渣、陶粒或玻璃微珠中的一种或其中几种的混合物；所述骨料的粒径为0.04-0.85 mm。

所述的疏水性物质为包覆在所述骨料颗粒上的疏水性树脂膜，所述疏水性树脂膜为由疏水性环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂及硅树脂中的一种或多种形成的膜。

所述憎水粘结剂为含氟环氧树脂粘结剂、含硅环氧树脂粘结剂、有机硅粘结剂、聚氨脂、聚脂树脂及酚醛树脂中的一种或其中几种的混合物。

所述疏水性物质为疏水性树脂膜，所述疏水性树脂膜为由疏水性环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂及硅树脂中的一种或多种形成的膜。较佳地，所述疏水性环氧树脂为缩水甘油醚类环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂、线型脂肪族类环氧树脂、脂环族类环氧树脂、聚硫橡胶改性环氧树脂、聚酰胺树脂改性环氧树脂、聚乙烯醇叔丁醛改性环氧树脂、丁腈橡胶改性环氧树脂、酚醛树脂改性环氧树脂、聚酯树脂改性环氧树脂、尿醛三聚氰胺树脂改性环氧树脂、糠醛树脂改性环氧树脂、乙烯树脂改性环氧树脂、异氰酸酯改性环氧树脂或硅树脂改性环氧树脂中的一种或多种；所述疏水性酚醛树脂为二甲苯改性酚醛树脂、环氧树脂改性酚醛树脂或有机硅改性酚醛树脂中的一种或多种。

并且，如以上所述的疏水性树脂可以通过如下的方法改性而获得，具体改性方法为：

将环氧树脂，如邻苯二甲酸酐或马来酸酐，与油溶性的单体共聚，所述油溶性的单体为：丙烯酸烷基酯，甲基丙烯酸烷基酯，乙基丙烯酸、醋酸乙烯酯、乙酸烯丙酯、乙烯基磺酸钠、甲基乙烯基醚、甲基烯丙基醚、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、丙烯酸二甲氨基乙酯、丙烯酸二甲氨基丙酯、丙烯酸二乙氨基丙酯、丙烯酸二甲氨基丁酯、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸二乙氨基乙酯中的任一种。

或者，也可以将环氧树脂接枝改性，形成接枝聚合物；将环氧树脂的亲水性基团，如羟基，与疏水的功能单体发生反应，将其接起来；疏水性的功能单体为：苯甲醛，烷基苯甲醛（一大类），利用羟基与醛基的反应。

或者，也可以将环氧树脂进行取代反应，在光照的催化反应下，用氯气参与取代反应，将卤素接到环氧树脂上面，以改善疏水性能。

另外，所述疏水性树脂膜中可以加入有固化剂，并且，对于不同的树脂加入不同的固化剂，其中，固化剂的选择具体如下：

对于缩水甘油醚类环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂、线型脂肪族类环氧树脂、脂环族类环氧树脂、聚硫橡胶改性环氧树脂、聚酰胺树脂改性环氧树脂、聚乙烯醇叔丁醛改性环氧树脂、丁腈橡胶改性环氧树脂、酚醛树脂改性环氧树脂、聚酯树脂改性环氧树脂、尿醛三聚氰胺树脂改性环氧树脂、糠醛树脂改性环氧树脂、乙烯树脂改性环氧树脂、异氰酸酯改性环氧树脂或硅树脂改性环氧树脂，较佳的固化剂为脂肪胺、脂环胺、芳香胺、聚酰胺、酸酐、叔胺中的任一种或几种；

对于二甲苯改性酚醛树脂、环氧树脂改性酚醛树脂或有机硅改性酚醛树脂，较佳的固化剂为六次甲基四胺；

对于有机硅树脂而言，较佳的固化剂为二丁基二月桂酸锡或N，N，N'，N'一四甲基胍盐中的任一种或几种；

对于疏水性聚氨酯树脂，其固化剂为甲苯二异氰酸酯TDI和三甲氧苄胺嘧啶TMP的加成物，TDI和含羟基组份的预聚物及单组份潮气固化剂、TDI的三聚体。

对于不饱和聚酯(对苯二甲酸与乙二醇的聚合物)，常温时所加入的固化剂为过氧化酮和环烷酸钴；加热时所加入的固化剂为过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化二碳酸酯、二烷基过氧化物、过氧化辛酸叔己酯和过氧化二碳酸双酯中的一种或几种。

并且，所述的疏水性物质还可以为聚四氟乙烯、植物油、硅铜、硅氧烷、烃以及共聚合聚偏氯乙烯中的任意一种或其组合。较佳地，所述烃包括石蜡、煤油、柴油、原油、石油馏出物、溶剂油及脂族溶剂中的任意一种或其组合。

其中，所述疏水性物质为涂覆于所述骨料颗粒上，并且将所述疏水性物质涂覆于所述骨料颗粒上的方法为喷雾、浸渍或浸泡骨料颗粒于疏水性物质的液体溶液中以化学涂覆骨料颗粒；或者为应用疏水性物质的薄膜片材涂覆到骨料颗粒中；或者为将加热的骨料颗粒放置于疏水性物质中，熔融疏水性物质到骨料颗粒；或者为电镀、等离子喷涂、溅射、流化及粉末涂覆的方式将疏水性物质涂覆到骨料颗粒上。

本发明同时公开一种制备所述种植容器的方法，包括以下步骤：

a．将骨料颗粒与憎水粘结剂混合后倒入搅拌机搅拌均匀；

b．将包覆憎水粘结剂的骨料颗粒倒入盆栽成型模具；

c．固化成型脱模即可得到所述种植容器。

优选地，所述的骨料颗粒包覆有疏水性物质。

所述步骤c所述的固化成型的条件是在5-120℃放置1-48小时，优选为在常温下放置2-4小时。

本发明所述的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

1、本发明所述的种植砂利用现有天然沙子经过亲水性粘结剂的粘结完成造孔操作，使得相邻天然沙粒之间形成的50-300μm的孔隙，适用且有助于外界有益成分负载于砂球表面的孔隙内，利用砂球的多孔性能有效保持营养肥料，可以将种植过程中外界施加的营养成分等肥料负载于沙粒之间形成的孔隙内，进而起到防止肥料随水分流失而损失的情况，有助于增大肥料的利用率；

2、以现有资源中难于保水保肥、难于种植利用的天然沙粒进行活化以及造孔处理，使得其具有负载肥料的能力，有效缓解肥料随水分的流失，使得天然沙粒可以用于日常种植之用，有助于缓解日益严重的沙漠化导致的可种植土壤减少带来的农作物种植困难；

3、本发明所述的种植砂选用粒径相同或相近似的沙粒进行粘结造孔，有利于得到空隙均匀的砂球，使得所述种植砂的营养成分均匀分布，有利于植物生长；

4、选用亲水性树脂粘结剂对所述天然沙粒进行造孔处理，有益于营养成分的渗入及吸附性能；

5、筛选得到所述粘结剂占所述天然沙粒的20-30%，使得经过粘结剂粘结后天然沙粒之间形成的孔隙可以达到50-300μm，适宜于外加肥料的负载以避免其流失；

6、将本发明所述的多孔种植砂与具有防水透气性能的种植容器相配合使用，利用所述种植容器的防渗透气性能，一方面避免了常规种植容器肥料随水分从底部孔洞流失的问题，使得所述种植结构的保肥性能更加优越，同时也利用了种植容器良好的透气性能保证植物生长的通气需求。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1 为本发明所述砂种植结构的结构示意图。

图中附图标记表示为：1-种植容器，2-种植砂。

具体实施方式

实施例1

本实施例所述的种植砂针对于叶类植物种植之用。

本实施例所述的多孔种植砂为由粒径为70-100目的天然沙粒与氢化双酚A型环氧树脂和亲水性环氧树脂粘结而成的多孔结构的砂球，所述种植砂的直径为1-2cm，相邻所述天然沙粒之间形成150-300μm的孔隙。

本实施例所述的保水保肥种植砂是由如下方法制备得到的：将天然沙粒进行筛分，选取70-100目粒径的沙粒100Kg，氢化双酚A型环氧树脂21Kg和亲水性环氧树脂粘结剂9Kg，混合均匀实现粘结形成直径为1-2cm的砂球，相邻所述天然沙粒之间形成150-300μm的孔隙备用。

配制营养液：取KH₂PO₄ 0.2g、K₂HPO₄ 0.8g，MgSO₄.7H₂O 0.2g，CaSO₄.2H₂O 0.1g，Na₂MoO₄.2H₂O 微量，以及酵母膏0.5g，甘露醇20g，FeCl₃ 微量，琼脂15g，溶于1000ml蒸馏水中，调pH7.2，高温灭菌30min，即得适宜叶类植物种植之用的营养液组份。

取现有技术中普通的底部含有渗水孔的花盆，内部铺设有本实施例制备得到的种植砂，栽种白菜幼苗，并将上述营养液浇灌至花盆内供植物生长，并随时观察植物生长情况同时收集花盆底部渗出的成分。

实施例2

如图1所示，本实施例所述的砂种植结构包括种植容器以及铺设于所述种植容器内的多孔种植砂。所述多孔种植砂同实施例1中所述的种植砂，而所述种植容器同中国专利CN202043482U中实施例3中所述的盆栽容器的结构及材料。

本实施例中所涉及的营养液与实施例1中所述的营养液相同，所述种植植物与实施例1中所述种植植物白菜幼苗为同期移植的幼苗，将白菜幼苗栽种于本实施例所述的砂种植结构的种植容器中，并浇灌配制的营养液观察。

实施例3

本实施例选用的营养成分、多孔种植砂以及白菜幼苗与实施例1中相同，其区别仅在于采用底部不设有渗水孔的不透水的容器栽种所述幼苗，并观察其生长情况。

实施例4

本实施例所述的种植砂针对于西红柿、马铃薯等需要大量磷肥的果实类植物种植之用。

本实施例所述的多孔种植砂为由粒径为40-70目的天然沙粒与含羟基的丙烯酸树脂和亲水性聚氨酯树脂粘结而成的多孔结构的砂球，所述种植砂的直径为0.1-1cm，相邻所述天然沙粒之间形成50-150μm的孔隙。

本实施例所述的保水保肥种植砂是由如下方法制备得到的：将天然沙粒进行筛分，选取40-70目粒径的天然沙粒100Kg，含羟基的丙烯酸树脂8Kg和亲水性聚氨酯树脂12Kg，混合均匀实现粘结形成直径为0.1-1cm的砂球，相邻所述天然沙粒之间形成50-150μm的孔隙备用。

配制营养液：取KH₂PO₄ 0.2g、K₂HPO₄ 0.8g，MgSO₄.7H₂O 0.2g，CaSO₄.2H₂O 0.1g，Na₂MoO₄.2H₂O 微量，以及酵母膏0.5g，甘露醇20g，FeCl₃ 微量，琼脂15g，溶于1000ml蒸馏水中，调pH7.2，高温灭菌30min，即得适宜于果实类植物种植之用所需要的营养液组份备用。

取现有技术中普通的底部含有渗水孔的花盆，内部铺设有本实施例制备得到的种植砂，栽种西红柿幼苗，并将上述营养液浇灌至花盆内供植物生长，并随时观察植物生长情况同时收集花盆底部渗出的成分。

实施例5

如图1所示，本实施例所述的砂种植结构包括种植容器以及铺设于所述种植容器内的多孔种植砂。所述多孔种植砂同实施例4中所述的种植砂，而所述种植容器同中国专利CN202043482U中实施例4中所述的盆栽容器的结构及材料。

本实施例中所涉及的营养液与实施例4中所述的营养液相同，所述种植植物与实施例4中所述种植植物西红柿幼苗为同期移植的幼苗，将西红柿幼苗栽种于本实施例所述的砂种植结构的种植容器中，并浇灌配制的营养液观察。

实施例6

本实施例选用的营养成分、多孔种植砂以及西红柿幼苗与实施例4中相同，其区别仅在于采用底部不设有渗水孔的不透水的容器栽种所述幼苗，并观察其生长情况。

对比例1

本对比例以现有技术中的普通花盆和普通的种植土壤为种植介质，并配制实施例1中所涉及的营养液，所述种植植物也与实施例1中所述的白菜幼苗为同期移植的幼苗。将白菜幼苗栽种于土壤中，并浇灌所配制的营养液观察同时收集花盆底部渗出的成分。

对比例2

本对比例以现有技术中的普通花盆和普通的种植土壤为种植介质，并配制实施例4中所涉及的营养液，所述种植植物也与实施例2中所述的西红柿幼苗为同期移植的幼苗。将西红柿幼苗栽种于土壤中，并浇灌所配制的营养液观察同时收集花盆底部渗出的成分。

培植15天后，取实施例1-3及对比例1的种植容器中的土壤样品，并将其消解为液态样品，采用TOC-TN测定仪检测其内残余的氮含量，同时测量各个容器中植物幼苗的生长情况，同时检测各实施例收集到的渗出花盆外部的液体的残余成分，对比结果见下表。

序号	容器内氮含量（g/L）	渗出成分氮含量（g/L）	植物株高（cm）
				实施例1	56.68	10.83	17
实施例2	63.12	0	22
				实施例3	73.76	0	12
对比例1	48.75	20.20	15

培植15天后，取实施例4-6及对比例2-的种植容器中的土壤样品，并将其消解为液态样品，采用离子色谱测定仪检测其内残余的磷含量，同时测量各个容器中植物幼苗的生长情况，同时检测各实施例收集到的渗出花盆外部的液体的残余成分，对比结果见下表。

序号	容器内磷含量（g/L）	渗出成分磷含量（g/L）	植物果实株高（cm）
				实施例4	62.13	11.60	9.5
实施例5	70.09	0	12
				实施例6	79.22	0	7
对比例2	55.23	19.86	8.5

从实施例1和对比例1以及实施例4和对比例2的的数据可以看出，在使用相同的现有种植容器种植时，本发明所述的多孔种植砂相对于现有的土壤种植而言，其保肥的性能相当甚至有所提高，植物生长情况也稍好，证明本发明所述的多孔种植砂对于种植保肥具有至少与土壤相当的能力，有利于植物生长；从实施例2和实施例3以及实施例5和实施例6中的对比数据中可以看出，在以不透容器作为种植之用即肥料无流失时，使用本发明所述的种植容器种植的植物生长性能提升较多，同时容器内的肥量消耗也高出很多，可见透气性能对植物生长的重要性，说明本发明所述的具有较好的透气性能的种植容器有助于植物的生长。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims

1.一种多孔种植砂，其特征在于：

所述种植砂为由天然沙粒与至少包含有亲水性粘结剂的粘结剂粘结而成的具有多孔结构的砂球，相邻所述天然沙粒之间形成适宜吸附的孔隙。

2.根据权利要求1所述的多孔种植砂，其特征在于：

所述天然沙粒为粒径相同或相近似的沙粒。

3.根据权利要求1或2所述的多孔种植砂，其特征在于：

所述天然沙粒的粒径为40-70目。

4.根据权利要求1或2或3所述的多孔种植砂，其特征在于：

相邻所述天然沙粒之间的孔隙为50-300μm。

5.根据权利要求4所述的多孔种植砂，其特征在于：

所述砂球的直径为0.1-2cm。

6.根据权利要求1-5任一所述的多孔种植砂，其特征在于：

所述粘结剂占所述天然沙粒的重量份数的20-30%。

7.根据权利要求6所述的多孔种植砂，其特征在于：

所述亲水性粘结剂占粘结剂总量的30-60%。

8.根据权利要求6或7所述的多孔种植砂，其特征在于：

所述亲水性粘结剂为亲水性树脂粘结剂。

9.根据权利要求8所述的多孔种植砂，其特征在于：

10.一种制备权利要求1-9任一所述的多孔种植砂的方法，其特征在于：

将天然沙粒筛分后选择合适粒径的天然沙粒与选定的粘结剂进行混合均匀使二者充分接触并形成砂球，相邻砂粒之间形成适宜微生物菌株及有益肥料吸附的孔隙。

11.一种砂种植结构，其特征在于：包括种植容器以及铺设于所述种植容器内的权利要求1-9任一所述的多孔种植砂；

所述种植容器由防水透气颗粒与憎水性粘结剂粘结而成，相邻所述防水透气颗粒之间形成气体分子可以透过但液态水分子不能透过的孔隙。